En química estructural, el moderno modelo atómico nucleado establecido por el descubrimiento de los electrones no sólo enriquece y profundiza la comprensión de la tabla periódica de elementos, sino que también desarrolla la teoría molecular. La aplicación de la mecánica cuántica al estudio de la estructura molecular dio lugar al surgimiento de la química cuántica.
A partir del estudio de la estructura molecular del hidrógeno, se fue revelando paulatinamente la naturaleza de los enlaces químicos y se establecieron sucesivamente la teoría del enlace de valencia, la teoría de los orbitales moleculares y la teoría del campo potencial. La teoría de las reacciones químicas también penetra en el ámbito microscópico. El uso de la emisión de rayos X como nuevo método analítico para estudiar la estructura de la materia puede proporcionar una comprensión profunda de la estructura química cristalina de la materia. Los métodos para determinar estructuras químicas tridimensionales incluyen la difracción de rayos X, la difracción de electrones y la difracción de neutrones. Entre ellos, la aplicación del método de difracción de rayos X ha acumulado la información de estructura molecular tridimensional más precisa.
Los métodos espectrales para estudiar la estructura de la materia también se han expandido desde el espectro visible, el espectro ultravioleta y el espectro infrarrojo hasta el espectro de resonancia magnética nuclear, el espectro de vibración electrónica opcional, el espectro de fotoelectrones, el espectro de vibración de rayos X y Mössbauer. espectro. Después de combinarse con las computadoras, se ha acumulado una gran cantidad de materiales relacionados con la estructura y propiedades del material y se están desarrollando desde la experiencia hasta la teoría. A medida que aumenta el aumento de los microscopios electrónicos, las personas pueden observar directamente la estructura de las moléculas.
Debido al descubrimiento de la radiactividad, la teoría clásica de los elementos sufrió profundos cambios. Desde el establecimiento de la teoría de la desintegración radiactiva, el descubrimiento de isótopos hasta la realización de reacciones nucleares artificiales y la fisión nuclear, y el descubrimiento de partículas básicas como el deuterio, los neutrones y los positrones, la comprensión humana no sólo se ha profundizado hasta el nivel subatómico, sino que los métodos y teorías experimentales correspondientes también se han establecido; no solo hizo realidad la idea de los antiguos alquimistas de cambiar los elementos, sino que también cambió la visión del mundo de las personas.
Como símbolo del siglo XX, la humanidad comenzó a dominar y utilizar la energía nuclear. La radioquímica y la química nuclear surgieron una tras otra y se desarrollaron rápidamente. Nacieron una tras otra materias interdisciplinarias como la geología isotópica y la cosmoquímica isotópica. La tabla periódica de elementos se ha ampliado a 109 elementos y se están explorando elementos superpesados para verificar la "hipótesis de la isla de estabilidad" de los elementos. La teoría del origen de los elementos, que se basa en la cosmología moderna, y la datación de nucleidos, que está estrechamente relacionada con la teoría de la evolución, complementan y actualizan constantemente el concepto de elementos.
En términos de teoría de reacciones químicas, las teorías de reacciones clásicas y estadísticas se han profundizado aún más debido a la mejor comprensión de la estructura molecular y los enlaces químicos. Después del establecimiento de la teoría del estado de transición, se desarrolló gradualmente hacia la teoría de la reacción microscópica y se utilizó la teoría de los orbitales moleculares para estudiar los mecanismos de reacción microscópicos, y se establecieron gradualmente la ley de conservación de la simetría de los orbitales moleculares y la teoría de los orbitales de frontera. Con la aplicación de tecnologías de haz molecular, láser y plasma, la detección y estudio de especies químicas inestables se ha convertido en una realidad, por lo que ha sido posible que la dinámica química pase de la dinámica macroscópica clásica y estadística al nivel de moléculas o átomos individuales. Cinética de reacción microscópica.
Con el desarrollo de la tecnología informática, se han logrado grandes avances en los cálculos químicos cuánticos, la estadística química, el reconocimiento de patrones químicos, el procesamiento técnico a gran escala y la síntesis de moléculas, estructuras electrónicas y reacciones químicas, algunas de las cuales Poco a poco entró en la enseñanza de la química. Respecto al estudio de la catálisis se han propuesto diversos modelos y teorías, desde la catálisis inorgánica hasta la catálisis orgánica y la catálisis de Munch, y se ha estudiado el papel de las enzimas y la relación entre estructura y función desde la perspectiva de la microestructura y el tamaño molecular.
Los métodos y medios analíticos son los métodos y medios básicos de la investigación química.
Por un lado, los métodos clásicos de análisis de composición y componentes todavía se están mejorando y la sensibilidad analítica ha evolucionado de cantidades constantes a trazas, ultratrazas y trazas; por otro lado, en las primeras etapas de desarrollo, se han desarrollado muchos análisis nuevos; Los métodos pueden profundizar en el análisis estructural y la determinación de la conformación, determinación de isótopos, determinación directa de radicales libres, grupos iónicos, carbeno, azabina, carbarilo y otros intermedios activos, detección de moléculas metaestables de vida corta. También se están innovando constantemente las tecnologías de separación, como el intercambio iónico, la tecnología de membranas, la cromatografía, etc.
La síntesis de diversas sustancias es uno de los fines de la investigación química. En la síntesis inorgánica, el amoníaco se sintetiza primero. La síntesis de amoníaco no sólo creó la industria de la síntesis inorgánica, sino que también promovió la química catalítica y desarrolló la termodinámica química y la cinética de reacción. Posteriormente se sintetizaron compuestos de coordinación como rubíes, cristales artificiales, borohidruros, diamantes, semiconductores, materiales superconductores y ferroceno.
Promovida por tecnologías industriales modernas como la tecnología electrónica, la industria nuclear y la tecnología aeroespacial, la tecnología de producción de diversas sustancias ultrapuras, nuevos compuestos y materiales con necesidades especiales se ha desarrollado enormemente. La síntesis exitosa de compuestos de gases nobles plantea nuevos desafíos a los químicos y es necesario volver a estudiar las propiedades químicas de los elementos del grupo cero. La química inorgánica se produce mediante la interpenetración con la química orgánica, la bioquímica, la química física y otras disciplinas.
Química de metales, química bioinorgánica, química de sólidos inorgánicos y otras disciplinas emergentes.
La síntesis de resina fenólica abrió el campo de la ciencia de los polímeros. Con la síntesis de fibra de poliamida en la década de 1930, el concepto de polímeros adquirió un amplio reconocimiento. Posteriormente, la investigación y aplicación de la síntesis, la estructura y el rendimiento de los polímeros continuaron cooperando y promoviéndose entre sí, lo que llevó al rápido desarrollo de la química de los polímeros.
La síntesis y aplicación de diversos materiales poliméricos ha proporcionado una variedad de materiales importantes con excelente rendimiento y bajo costo para la industria y la agricultura modernas, el transporte, la medicina y la salud, la tecnología militar y las necesidades diarias de las personas, convirtiéndose en un moderno Un símbolo importante de la civilización material. La industria de los polímeros se ha convertido en un pilar importante de la industria química.
El siglo XX fue la época dorada de la síntesis orgánica. Los métodos de separación química y los métodos de análisis estructural han logrado grandes avances, los problemas estructurales de muchos compuestos orgánicos naturales se han resuelto satisfactoriamente y se han descubierto muchas reacciones orgánicas nuevas e importantes y reactivos orgánicos específicos. Sobre esta base, la síntesis orgánica fina, especialmente la síntesis asimétrica, ha logrado grandes avances.
Por un lado, se han sintetizado diversos compuestos orgánicos con estructuras y propiedades especiales. Por otro lado, se sintetizan las sustancias básicas de la vida, desde radicales libres inestables hasta proteínas y ácidos nucleicos biológicamente activos. Los químicos orgánicos también sintetizan compuestos orgánicos naturales con estructuras complejas y fármacos con efectos especiales. Estos logros han desempeñado un papel enorme en el fomento del desarrollo de la ciencia; proporcionan condiciones favorables para la síntesis de sustancias con alta actividad biológica y la cooperación con otras disciplinas para resolver los problemas de síntesis de sustancias biológicas y los problemas químicos de sustancias prebiológicas.
Desde el siglo XX, la tendencia de desarrollo de la química se puede resumir como: de lo macro a lo micro, de lo cualitativo a lo cuantitativo, de lo estable a lo metaestable, de la experiencia a la teoría, y luego se utiliza para guiar el diseño y la innovación. investigación. Por un lado, proporciona tantas sustancias y materiales nuevos como sea posible a los sectores de producción y tecnología, por otro lado, en el proceso de interpenetración con otras ciencias naturales, siguen surgiendo nuevas disciplinas en la dirección de explorar las ciencias de la vida y; se desarrolla el origen del universo.
Clasificación de las Materias de Química
En el proceso de desarrollo de la química se han derivado muchas ramas a diferentes niveles según los diferentes tipos de moléculas estudiadas, diferentes métodos de investigación, propósitos y tareas. Antes de la década de 1920, la química se dividía tradicionalmente en cuatro ramas: química inorgánica, química orgánica, química física y química analítica. Desde la década de 1920, debido al rápido desarrollo de la economía mundial, el nacimiento de la teoría electrónica y la mecánica cuántica de enlaces químicos, y el auge de la tecnología electrónica y la tecnología informática, la investigación química ha adquirido nuevos medios en técnicas teóricas y experimentales, lo que ha llevado a la desarrollo de este campo. El rápido desarrollo y la nueva apariencia de la disciplina desde la década de 1930. En la actualidad, el contenido de química se divide generalmente en cinco categorías, que incluyen bioquímica, química orgánica, química de polímeros, química aplicada e ingeniería química, química física y química inorgánica.
Según el desarrollo de la química actual y su interpenetración con la astronomía, la física, las matemáticas, la biología, la medicina, las ciencias de la tierra y otras disciplinas, la química se puede clasificar de la siguiente manera:
Química inorgánica : Química elemental, química sintética inorgánica, química de sólidos inorgánicos, química de coordinación, química bioinorgánica, química organometálica, etc.
Química orgánica: química orgánica natural, química orgánica general, química orgánica sintética, química orgánica de metales y no metales, química orgánica de materiales, bioquímica.
Química orgánica, química orgánica analítica.
Química Física: Termodinámica Química, Química Estructural, Cinética Química y Química Física.
Química Analítica: Análisis Químico, Análisis Instrumental y de Nuevas Tecnologías.
Química de polímeros: química de polímeros naturales, química sintética de polímeros, química física de polímeros, aplicaciones de polímeros, recursos materiales poliméricos.
Química nuclear y radioquímica: química de elementos radiactivos, química analítica radiactiva, radioquímica, química de isótopos, química nuclear.
Bioquímica: bioquímica general, enzimas, química microbiana, fitoquímica, inmunoquímica, fermentación y bioingeniería, química de alimentos, etc.
Otras disciplinas punteras relacionadas con la química son la geoquímica, la química oceánica, la química atmosférica, la química ambiental, la cosmoquímica, la química interestelar, etc.